東芝と理研が量子コンピュータ新素子を性能実証「100m走で9秒7台レベルの快挙」：量子コンピュータ（2/2 ページ）

東芝と理化学研究所は、東芝が提案している超伝導量子コンピュータ向けの新たな素子「ダブルトランズモンカプラ」を実験的に実現することに成功し、量子計算で重要な役割を果たす2量子ビットゲートの忠実度において世界トップレベルの99.90％を達成したと発表した。

[朴尚洙，MONOist]

「2量子ビットゲート忠実度を99.90％以上に向上するポテンシャルは十分」

　量子コンピュータはさまざまなゲート方式があるものの、基本要件の一つである2量子ビットゲートで99.90％以上の高い忠実度を実現しているのは超伝導回路方式と、イオントラップ方式だけである。

量子コンピュータにはさまざまな方式がある［クリックで拡大］ 出所：東芝

　超伝導回路方式で99.90％以上を達成している事例は、素子構造がシンプルで作製が容易なトランズモンではなく、コイルが必要になるなどより複雑なフラクソニウムを用いている。今回の東芝と理研の事例は、トランズモンとしては世界で初めて99.90％以上を達成しており、超伝導回路方式で4例目となる。

超伝導回路方式で2量子ビットゲート忠実度99.90％以上を達成している事例［クリックで拡大］ 出所：東芝

フラクソニウム型2量子ビットゲートの構造。2つの量子ビットの接続は従来と同じ可変結合器を用いている［クリックで拡大］ 出所：東芝

　これまでトランズモンを用いた研究では、量子ビットの周波数差と残留結合の大きさがトレードオフの関係になっていた。今回の発表では、ダブルトランズモンカプラが、このトレードオフを打破し全ての特性を向上することが実証できたという。「理論の実証は今回が初めての取り組みであり、ポテンシャルとして2量子ビットゲートの忠実度を99.90％以上に向上するポテンシャルは十分にある」（後藤氏）という。

超伝導回路方式の2量子ビットゲート忠実度のベンチマーク。東芝と理研の成果は、構造がシンプルでスケールアップしやすいトランズモンで課題になっていた特性のトレードオフを打破した［クリックで拡大］ 出所：東芝

　なお、今回の研究は、東芝 研究開発センター ナノ・材料フロンティア研究所 フロンティアリサーチラボラトリー 主事の久保賢太郎氏、同ラボラトリー スペシャリストの何英豪氏、後藤氏（理研 量子コンピュータ研究センター 量子コンピュータアーキテクチャ研究チーム チームリーダー）、理研 量子コンピュータ研究センター 超伝導量子エレクトロニクス研究チーム 特別研究員のRui Li氏、同チーム 特別研究員のZhiguang Yan氏、チームリーダーの中村泰信氏（理研 量子コンピュータ研究センター センター長）らの共同研究グループによるものだ。

　今回の研究成果は、米国東海岸時間で2024年11月21日発行の米国物理学会の学術誌「Physical Review X」に掲載された。

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